新型木建筑材料———交叉层积木介绍及其连接的试验研究

交叉层积木作为一种新型木建筑材料已经在北美地区推广开来,然而在我国还没有得到引进和推广. 本文介绍了这种新型材料的性能特点,总结其生产工艺、设计方法和研究进展,重点对交叉层积木七种半刚性连接的抗震性能进行试验研究. 研究表明:紧固件全部被拔出的失效模式为理想的延性破坏模式,滞回曲线表现出高度非线性、刚度退化、强度退化以及捏拢现象. 通过试验数据分析,给出了在延性和承载能力两方面最佳的连接.     

基于OpenSEES的木框架-剪力墙抗侧力性能数值模拟

利用OpenSEES建立木框架-剪力墙的有限元模型,选取OpenSEES中的Pinching4材料本构模型来模拟钉连接的非线性、强度退化、刚度退化和捏拢现象,模拟结果与试验结果吻合较好,论证了Pinching4材料模型可以同时适用于"单剪"和"双剪"两种形式的钉连接。通过在OpenSEES中建立木框架-剪力墙的参数化模型,分析钉间距和高宽比对木框架-剪力墙承载能力的影响,发现随着钉间距的减小,抗侧性能显著提高;高宽比对墙体抗侧性能影响不大;面板边缘钉连接对墙体承载力的影响更大。     

端板与柱间灌浆层对端板连接RCS节点抗震性能影响的试验研究

为研究端板与柱间灌浆层对端板连接RCS节点抗震性能的影响,以端板与柱间灌浆层厚度、灌浆层强度以及螺栓预拉力为主要研究参数,进行了4个端板连接RCS节点试件的低周反复加载试验.基于试验数据,研究了各试件的破坏形态、滞回性能、承载能力、刚度退化规律、延性、耗能能力和变形组成等.试验结果表明:强柱弱梁型端板连接RCS节点的破坏形态为梁铰破坏机制,灌浆层出现压碎脱落现象,整个受力过程中钢梁端板、灌浆层和柱面之间连接紧密,未出现滑移现象,端板和RCS节点之间的连接和传力可靠,表现出良好的受力性能.各试件滞回曲线呈梭形,梁端塑性铰充分耗散能量,具有较好的抗震性能;反复荷载作用下端板与柱间灌浆层的损伤累积导致节点延性和耗能能力降低,其降低幅度随灌浆层损伤程度增加而增大;各试件刚度退化规律基本一致,灌浆层的损伤累积导致刚度退化加剧;节点的变形主要来自钢梁的变形,在整个加载过程中,各试件端板连接变形较小,在极限位移角时,试件RCS1、RCS3和RCS4由端板连接变形引起的位移所占比例分别为1.5%、1.8%和2.7%.各试件弯矩-转角关系曲线呈现出明显的非线性特征,试件RCS1～RCS4按刚度分类均属于半刚接节点,节点初始转动刚度随灌浆层厚度增加而提高,但提高幅度有限.     

纵向板-矩形管节点拟静力试验的数值模拟

提出了准确模拟纵向板-矩形管节点拟静力试验的有限元方法。为分析管结构的抗震性能,对纵向板-矩形管节点进行了拟静力试验。对每个试件,裂纹出现在弦管连接表面,沿弦管与节点板的连接焊缝扩展,并导致性能退化及破坏。为模拟钢材的损伤累积及其产生的裂纹扩展,基于混合强化准则和简化的勒迈特损伤模型,建立了自定义本构模型并嵌入ANSYS程序。采用此本构模型对纵向板-矩形管节点的拟静力试验进行数值模拟,计算出的滞回曲线与试验曲线吻合较好。     

考虑震损的混凝土框架结构改进建模方法

为准确描述震后结构损伤的影响,提出了损伤构件的定量分析方法及震损结构的改进建模方法.首先,从骨架曲线退化及滞回规则退化两方面定义了损伤构件的性能退化指数;然后,基于Park-Ang模型与Kunnath模型,采用统计回归分析方法提出了损伤构件恢复力模型,并对其准确性进行了验证;最后,应用该恢复力模型对震损框架结构进行弹塑性分析.结果 表明:采用Park-Ang模型和Kunnath模型得到的损伤构件恢复力模型均具有较高的准确性;对于所研究的2种构件,滞回曲线力峰值的理论值和试验值误差均小于10％;向完好结构输入组合地震波,向震损结构输入单一地震波,各层位移时程曲线吻合良好,说明采用该恢复力模型进行震损结构建模能够准确分析震损程度及分布对结构抗震性能的影响.     

玄武岩纤维加固震损三维混凝土框架节点抗震试验

通过5组三维混凝土框架节点试验,研究玄武岩纤维加固后节点的抗震性能.分别进行了模拟地震的预损伤试验、构件加固和加固后的低周反复试验,探讨不同损伤程度、不同裂缝处理方法对三维框架节点抗震性能的影响.通过对节点的滞回&骨架曲线、延性系数、承载力及刚度退化等参数分析可知:玄武岩纤维加固对提高节点承载力作用有限,但对提高抗震性能效果明显,节点的抗震性能恢复并超过了受损前,加固后节点由弱柱强梁转变成了强柱弱梁的破坏形式,说明该加固方法是合理而有效的.     

复合材料层合板双面贴补结构渐进损伤分析

提出了一种分析和预测在拉伸载荷作用下复合材料层合板双面贴补结构的极限承载能力的方法,建立了分析复合材料双面贴补结构渐进损伤的三维有限元模型.胶层用各向同性模型描述,提出了基于3个方向剪切应变描述的二次剪切失效判据来预测胶层的损伤起始,定义了与材料应力应变相关的刚度折减函数来模拟损伤后胶层刚度的连续退化.层合板用正交各向异性三维模型描述,采用基于应变描述的三维Hashin准则和Ye分层准则来预测其损伤起始,引入损伤变量来考虑层合板的损伤扩展.计算结果与试验数据吻合较好,说明该方法和模型可以有效地预测复合材料双面贴补结构的拉伸极限强度.     

局部线性模型在小波神经网络中的应用

把一种局部线性模型应用于小波神经网络中,把网络隐层与输出层之间的直接连接权值用一种线性模型来代替以减少隐层节点数目.对带局部线性模型的小波神经网络与一般小波神经网络的性能进行比较,试验结果证明了带局部线性模型的小波神经网络的优越性.     

型钢连接节点装配式混凝土梁力学性能研究

目的提出一种新型型钢节点连接方法,研究该节点对装配式混凝土梁力学性能的影响.方法设计制作4根试验梁,完成试验梁两点加载试验,分析型钢连接节点位置对试验梁承载力、挠度、钢筋及混凝土应力变化的影响;在试验基础上,利用ABAQUS软件建立了型钢连接节点装配式混凝土梁有限元模型,并验证了模型的准确性.结果型钢连接节点装配式混凝土梁的承载力随着节点连接部位距支座距离的增加而逐渐降低,当型钢连接位置距梁端距离超过310 mm时,承载力降低约10%;试验梁达到极限承载力时,纵筋和型钢均未屈服,且纵筋应变随着型钢连接位置距支座距离的增加而减小.结论型钢节点连接装配式梁的受弯、受剪性能良好;工程设计中,型钢连接位置距梁端距离不宜超过310 mm,即l_c/h0.89.     

高强钢平端板连接滞回性能模拟方法

为了满足高强钢平端板连接的滞回性能精细化分析和简化分析需求,分别基于实体单元和零长度单元进行了模拟方法研究.基于实体单元进行了隐式分析和显式分析模拟.在隐式分析滞回模拟中存在无法收敛问题;在显式分析模型中改进加载步设置规则,采用每个幅值设置单独加载步的方法,解决了同一加载步有多个加载幅值时的误差过大问题.针对零长度单元,提出了修正四折线模型以考虑对于高强钢平端板连接转动能力预测不可忽略的螺栓弯曲变形和梁翼缘转动两个因素;通过卸载刚度损伤指标取值体现高强钢连接和普通钢连接损伤退化规律的差异性并建立了基于Pinching4模型的简化分析模型.同时,平端板连接的数值模拟表明简化分析模型能较好地模拟滞回曲线中的滑移效应和捏拢效应.     

复合材料铺层板低速冲击作用下损伤的有限元分析

建立了分析纤维增强树脂基复合材料层合板在横向低速冲击作用下损伤和变形行为的有限元模型.针对铺层板的层内损伤,在采用应变描述的Hashin失效准则的基础上,建立了单层板的逐渐累积损伤本构模型;针对铺层板的层间脱层损伤,使用界面单元模拟层间粘接区域,在采用力与相对位移表示的材料模型的基础上,建立了各向同性脱层损伤模型,通过结合传统的应力失效准则和断裂力学中的能量释放率准则定义界面损伤演化规律.计算模型通过有限元软件ABAQUS/Explicit的材料模型用户子程序实现.使用该计算模型对铺层方式为(04,904)S的碳纤维增强环氧树脂基复合材料层合板在不同横向低速冲击作用下的损伤和变形行为进行预测分析,并将数值仿真结果与试验结果进行了比较,验证了所提出模型的正确性.     

正交胶合木填充墙-钢框架体系受力性能

采用开源地震工程模拟系统(OpenSees)对以正交胶合木作填充墙的钢框架结构进行探索性数值研究,主要研究该填充墙钢框架单元在单调和循环加载作用下的受力性能,墙体与钢框架之间的协同工作性能以及连接个数对整体结构受力性能的影响.结果表明:正交胶合木填充墙能够提高钢框架的抗侧刚度和水平承载力;柔性连接的设置使整体结构耗能性能良好;工作缝的设置减缓墙体的开裂,更大程度上发挥连接件的耗能和变形能力;连接个数对构件的抗侧能力影响较大,可以通过调整连接数量和连接间距设计出具有多种刚度和耗能能力的框架单元.     

国外高层木结构研究综述

整理和分析了国外高层木结构研究现状,重点介绍了适用于高层木结构的正交层板胶合木(CLT)的最新研究进展,指出纵横交错的层板在承受平面外荷载时,其横向层的滚动抗剪性能需重点关注.针对高层木结构的关键问题,即结构体系、结构抗震与抗风性能、节点连接和抗火性能的研究进展进行了综述,指出结构体系中抗侧力性能、构件间的连接以及力的传递是今后研究的重点;高层木结构抗火性能的研究可以借鉴低层和多层木结构,但高度和人群密集的影响需特别关注.最后,对我国高层木结构的发展进行了展望,对关键问题进行了分析和总结.     

螺栓排数和自攻螺钉对木梁柱节点

通过4组梁柱节点在单调和往复加载下的抗侧力试验,得到了各组节点的破坏模式、弯矩-转角曲线、滞回曲线、强度、刚度、延性及耗能性能,研究了不同螺栓排数和自攻螺钉加强对节点抗侧力性能的影响.结果表明,普通节点中裂缝出现早,开展迅速;增加螺栓排数可提高节点的强度和延性,其中强度提高更明显;自攻螺钉加强可明显减轻和延缓木材的开裂,提升节点的延性和抗震性能.     

CFRP布加固圆形木梁抗弯性能的试验

对在实际工程中已经受损的木梁加固后的结构性能进行研究.通过对8根圆形木梁进行静力试验,研究碳纤维增强复合材料（carbon fiber reinforced polymer,CFRP)布加固受损木梁的抗弯性能,包括破坏特性、极限荷载、刚度、截面应变等结构性能.试验结果表明,CFRP布加固受损木梁具有良好的效果,能够有效提高木梁的承载力和刚度.研究结论对碳纤维工程加固的应用具有一定的参考价值.     

古建筑木结构修缮加固时木材材料强度取值探讨

古建筑木结构由于木材自身的缺陷以及自然与人为的破坏,都急待修缮加固.木材材料强度的大小是制定修缮加固方案、确定更换构件与否的基础,但目前尚缺乏这方面的研究成果.考虑到古建筑木材材料性能退化,分析了古旧木材历经年限对木材强度的影响和横向裂纹对木材抗弯强度的影响,提出了古建筑木结构修缮加固时木材材料强度的取值方法,可为古建筑木结构的修缮加固提供参考.     

损伤粘弹性正交铺设层合板的非线性振动分析

研究了考虑横向剪切变形和损伤效应的粘弹性正交铺设层合中厚板的非线性自由振动问题.基于一阶剪切变形理论、应变等效假设和Boltzmann叠加原理,建立了考虑横向剪切变形和损伤效应的粘弹性层合中厚板的非线性自由振动控制方程,且应用有限差分法、Newmark法和迭代法进行求解.算例中,具体讨论了损伤效应、不同跨厚比和长宽比对粘弹性层合板的非线性自由振动幅频响应曲线的影响.     

密肋复合墙体双参数地震损伤模型研究

结合损伤力学的基本原理和密肋壁板结构的自身特点，采用刚度退化与规格化滞回耗能的非线性组合，提出了适用于密肋复合墙体的双参数地震损伤模型；通过对密肋复合墙体进行拟动力试验研究，分析了墙体的动力反应、滞回曲线和骨架曲线，确定了地震损伤模型参数；最后给出了密肋复合墙体在不同震害等级时的损伤指数范围和墙体三水准抗震设计的地震损伤目标建议．理论分析和试验结果表明：密肋复合墙体在遭受小震或中震后，具有稳定的水平承载能力及良好的耗能性能，在遭受大震后仍具有良好的抗倒塌能力．     

复合材料层合厚板的冲击响应及分层损伤研究

复合材料层合结构是飞机的主要受力构件,研究其冲击响应及分层损伤非常重要。针对5 mm厚40层铺层的层合板分别进行15 J、30 J、45 J的落锤实验,研究低能量冲击的动力响应。然后进行超声C扫描检测获得各界面的分层损伤情况,以分析分层损伤在面内及厚度方向上的分布特性,并在此基础上研究损伤的形成机理,对分层的分布特性进行解释。据此,可对层合板界面分层损伤进行预测,使其得以在实际工程中评估剩余强度以保证构件安全,同时也将有助于层合板的结构优化设计。